The influence of season on the elemental status and productive qual-ities of bulls

Texto integral

Введение.

На количество потребления корма и эффективность его использования влияют сезонные колебания температуры окружающей среды (Mujibi FDN et al., 2010). Оптимальной температурой для хорошего самочувствия и максимального потребления корма взрослым крупным рогатым скотом, которая считается термонейтральной, является диапазон от +5 до +25 °C (Nardone A et al., 2010; Sammad A et al., 2020). Изменение температуры выше этих значений провоцирует тепловой стресс, вызывая различные терморегуляторные механизмы, проявляющиеся в снижении потребления корма, конверсии питательных веществ в пищевую продукцию, изменении скорости метаболизма, увеличении потерь воды с испарением через усиленное дыхание и потоотделение, изменении концентрации гормонов в крови и перераспределении общего кровотока (Шошин Д.Е. и др., 2024; Curtis AK et al., 2017).

При температуре окружающей среды в диапазоне +25…+27 °С происходят незначительные изменения в потреблении корма, тогда как повышение температуры выше +30 °C приводит к резкому его снижению на 20-40 % и более по сравнению с кормлением в оптимальном температурном режиме (Sanchez WK et al., 1994). Тепловой стресс нарушает гомеостаз у крупного рогатого скота, вызывая терморегуляторные реакции, которые направлены на поддержание теплового баланса, приводя к снижению продуктивности (Фролов А.Н. и др., 2023; Kim SH et al., 2022).

Сокращение потребления корма является защитной реакцией организма в ответ на высокие температуры окружающей среды, способствующей снижению выделения тепла вырабатываемой рубцовой ферментацией и метаболизмом тела, необходимой для поддержания теплового баланса (Мирошникова М.С. и Аринжанов А.Е., 2021; Zhao S et al., 2019). За процессы терморегуляции и проявление аппетита у животного отвечает гипоталамо-гипофизарная система, которая в зависимости от факторов внешней среды регулирует потребление корма (McGuire MA et al., 1991; von Borell E, 2000).

Воздействие высоких и низких температур окружающей среды изменяет потребности организма животного в минеральных веществах. Так, снижение потребления корма коровами на поздних сроках беременности при воздействии высоких температур приводит к изменению элементного статуса не только самих коров, но и их новорождённых телят (Kume S et al., 1998). Сокращение потребления корма влияет на пищеварительную функцию, а также на количество поступивших с рационом минералов, и если их концентрация в рационе не увеличивается, то это неизбежно приводит к их дефициту. В настоящее время рационы кормления крупного рогатого скота не учитывают воздействие факторов внешней среды на организм животного, нет дифференцировки в потребности организма в минеральных веществах в зависимости от температурного и других факторов внешней среды. По этой причине возникает дефицит отдельных химических элементов, способных поддержать организм животного в условиях неблагоприятных факторов окружающей среды. В связи с этим нами проведено комплексное исследование по оценке влияния температуры окружающей среды на продуктивные качества и элементный статус крупного рогатого скота.

 

Цель исследования.

Оценка влияния сезона года получения телят на их на элементный статус и продуктивные качества.

 

Материалы и методы исследования.

Объект исследования. Бычки чёрно-пёстрой породы.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями нормативных актов: Модельный закон Межпарламентской Ассамблеи государств-участников Содружества Независимых Государств "Об обращении с животными", ст. 20 (постановление МА государств-участников СНГ № 29-17 от 31.10.2007 г.), протоколы Женевской конвенции и принципы надлежащей лабораторной практики (Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 53434-2009), Руководство по работе с лабораторными животными (http://fncbst.ru/?page_id=3553). При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов. Все процедуры над животными были выполнены в соответствии с правилами Комитета по этике животных ФНЦ БСТ РАН.

Схема эксперимента. Исследования проведены в условиях СПК колхоз "Красногорский" Оренбургской области на 2-х группах бычков чёрно-пёстрой породы: I (n=20) – весеннего сезона рождения (март), II (n=20) – летнего (июнь). Продолжительность эксперимента составляла 90 суток. Температура окружающей среды для I группы в среднем составляла в дневное время +13,1 °С, в ночное – +6,3 °С, для II группы – в дневное время +28,3 °С, в ночное – +22,1 °С.

Кормление и содержание были аналогичными для опытных групп. Все рационы кормления соответствовали рекомендуемым нормам для данной половозрастной группы, живого веса, продуктивности и состояли из молока, сена, сенажа и комбикорма. Содержание животных: телята находились в индивидуальных клетках первые 2 недели жизни, по истечении которых переводились на групповое содержание.

Продуктивные качества бычков оценивали по динамике живой массы путём ежемесячных индивидуальных взвешиваний, с дальнейшим расчётом абсолютного и среднесуточного приростов.

Для оценки антиоксидантного статуса и перекисного окисления липидов на основании изучения уровня каталазы, супероксиддисмутазы и малонового диальдегида нами был произведён отбор проб крови из хвостовой вены утром до кормления и поения в вакуумные пробирки.

В конце оцениваемого периода был произведён отбор волос с верхней части холки, машинкой для стрижки животных. Элементный анализ волос (Na, Mg, P, K, Ca, Mn, Co, Cu, Cr, Fe, Zn, Se, B, Ni, Ga, Ag, In, Ba, Tl, Bi, Al, Sr, Cd, Hg, Pb, As) проводился методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и технологией Dynamic Reaction Cell (ICP-DRC-MS) на приборе Agilent 7900.

Оборудование и технические средства. Исследования выполнены в ЦКП БСТ РАН (г. Оренбург) (http://цкп-бст.рф). Весы для взвешивания телят ВСП4-ЖсО (АО «ВЕС-СЕРВИС», Россия), масс-спектрометр с индуктивно связанно плазмой Agilent 7900 (Agilent Technologies, США), весы лабораторные СЕ224-С (Россия), весы лабораторные ВК 3000 (Россия), центрифуга «Миниспин» (Германия), пробирки химические и центрифужные (Украина), колбы мерные, пипетки измерительные (Россия), дозатор пипеточный Биохит (Финляндия).

Статистическая обработка. Для обработки данных использовали пакет прикладных программ «Statistica 10.0» («StatSoftInc», США). В таблицах приведены средние значения показателей (М) и их стандартная ошибка (±m).

 

Результаты исследований.         

Проведённая оценка влияния сезона года на продуктивные качества показала на имеющиеся существенные межгрупповые различия (табл. 1).

 

Таблица 1. Продуктивные качества бычков черно-пестрой породы

Table 1. Productive qualities of Black Spotted calves

Показатель/ Indicator	Группа / Group
	I	II
Живая масса, кг: / Live weight, kg:
при рождении / at birth	34,5±0,28	34,6±0,36
1 мес. /1 month.	55,8±0,38	54,3±0,42*
2 мес. / 2 month.	75,9±0,52	71,9±0,54***
3 мес. / 3 month.	98,3±0,56	92,4±0,62***
Абсолютный прирост живой массы, кг / Absolute increase in body weight, kg	63,8±1,48	57,8±1,62
Среднесуточный прирост, г / Average daily increase, g
0-1 мес. / 0-1 months	687±12,34	635±11,82**
1-2 мес. / 1-2 months	693±13,14	607±12,83***
2-3 мес. / 2-3 months	747±13,28	683±12,64***
Относительный прирост, % / Relative increase, %	34,5±0,77	32,4±1,00*

Примечание: * – при Р£0,05; ** – при Р£0,01, *** – при Р£0,001

Note: * – at Р£0.05; ** – at Р£0.01, *** – at Р£0.001

 

Так, бычки II группы (летнего сезона рождения) уступали своим сверстникам из I (весеннего сезона рождения) по живой массе в возрасте 1 мес. – на 2,7 % (Р£0,05), 2 мес. – 5,3 % (Р£0,001), 3 мес. – 6,0 % (Р£0,001); среднесуточным приростам в возрасте 0-1 мес. – на 7,5 % (Р£0,01), 1-2 мес. – 12,4 % (Р£0,001), 2-3 мес. – 8,5 % (Р£0,001).

Оценка активности системы антиоксидантной защиты по уровню ферментов каталазы и супероксиддисмутазы выявила существенные межгрупповые различия (табл. 2).

 

Таблица 2. Антиоксидантный статус и продукты перекисного окисления липидов бычков различных сезонов рождения

Table 2. Antioxidant status and lipid peroxidation of bulls of different birth seasons

Показатель / Indicator	Группа / Group
	I	II
СОД, % / SOD, %	62,21±4,03	51,26±3,47*
Каталаза, мкМ Н2О2/лхмин / Catalase, mcM H2O2/lxmin	273,24±26,31	193,34±24,68*
Малоновый диальдегид, нм/мл / Malondialdehyde, nm/ml	1,56±0,24	3,36±0,42***

Примечание: * – при Р£0,05; ** – при Р£0,01, *** – при Р£0,001

Note: * – at Р£0.05; ** – at Р£0.01, *** – at Р£0.001

 

Так, уровень каталазы во II группе снизился на 17,6 % (Р£0,05), СОД – на 11,0 % (Р£0,05) по сравнению с I. Оценка малонового диальдегида как основного и наиболее изученного продукта перекисного окисления полиненасыщенных жирных кислот показала, что во II группе он был выше на 115,4 % (Р£0,001) по сравнению со сверстниками I группы.

Проведённая оценка элементного статуса бычков по уровню концентраций эссенциальных и токсичных биоэлементов показала на существенные его изменения в зависимости от сезона рождения (табл. 3).

 

Таблица 3. Концентрация биоэлементов в волосе бычков, мг/кг

Table 3. Concentration of bioelements in hair, mg/kg

Элемент / Element	Группа / Group
	I	II
Макроэлементы / Macroelements
K	2597,9±111,7	1866,2±89,5*
Ca	2638,3±38,8	1761,2±51,3***
Mg	671,9±20,3	508,4±16,9**
Na	2763,2±127,5	1410,4±109,8**
P	269,7±5,6	199,5±4,5***
Эссенциальные микроэлементы / Essential microelements
Fe	188,84±12,32	229,24±10,44
Zn	107,1±1,14	101,4±1,15
Co	0,205±0,01	0,267±0,01
Cr	0,381±0,02	0,595±0,04*
Cu	5,633±0,09	6,008±0,09
I	1,44± 0,06	0,61± 0,07***
Mn	51,0± 2,88	23,5± 1,97***
Se	0,253±0,01	0,221±0,01
Условно-эссенциальные микроэлементы / Conditionally essential microelements
B	8,38±0,329	4,15±0,217***
Si	22,9±6,18	44,4±4,51
Li	0,384±0,031	0,237±0,009
Ni	0,580±0,024	0,600±0,019
V	0,540±0,032	0,851±0,034**
As	0,156±0,009	0,212± 0,006*
Токсичные микроэлементы / Toxic microelements
Al	38,1±3,30	36,2±2,09
Sr	18,62±0,430	12,04± 0,513***
Pb	0,392±0,021	0,612±0,039*
Sn	0,0150±0,0004	0,0193±0,0018
Cd	0,031±0,0022	0,024±0,0022
Hg	0,004±0,0004	0,013± 0,0009***

Примечание: * – при Р£0,05; ** – при Р£0,01, *** – при Р£0,001

Note: * – at Р£0.05; ** – at Р£0.01, *** – at Р£0.001

 

Так, высокие температуры в летний период по сравнению с весенним способствовали повышению концентраций в волосе Hg на 225,8 % (Р≤0,001), V – на 57,7 % (Р≤0,01), Cr – на 56,4 % (Р≤0,05), Pb – на 56,2 % (Р≤0,05), As – на 36,3% (Р≤0,05) и снижению Mg – на 24,3 % (Р≤0,01), P – на 26,0 % (Р≤0,001), K – на 28,2 % (Р≤0,001), Ca – на 33,2% (Р≤0,001), Sr – на 35,4 % (Р≤0,001), Na – на 49,0 % (Р≤0,01), B – на 50,5 % (Р≤0,001), Mn – на 53,9 % (Р≤0,001), I – на 57,9 % (Р≤0,001).

 

Обсуждение полученных результатов.

Глобальное изменение климата в виде потепления создаёт серьёзные трудности для развития сельского хозяйства, и в частности, животноводства (Nawaz AH et al., 2021). Высокие температуры, превышающие способность животного рассеивать тепло в окружающую среду, приводят к тепловому стрессу. Физиологические последствия теплового стресса многогранны и включают в себя повышение температуры тела, снижение потребления корма, плохую эффективность конверсии корма в пищевую продукцию (Akbarian A et al., 2016; Wasti S et al., 2021).

Территория Оренбургской области, где проводилось данное исследование, относится к регионам с резко континентальным климатом, который характеризуется ярко выраженной сезонностью с большими амплитудами колебания температур. Характерной особенностью Оренбуржья являются суровые зимы, не редко с температурой в ночное время ниже -30 °С и жарким, сухим летом, температура в отдельные дни превышает +30…+35 °С. Такие большие вариации температуры изменяют потребность организма животного в минеральных веществах. Отсутствие комплексных исследований, направленных на дифференциацию норм потребности крупного рогатого скота в минеральных веществах в зависимости от температуры окружающей среды, и побудило нас провести данный эксперимент.

Как показали результаты наших исследований, температура окружающей среды влияет на интенсивность роста молодняка. Так, бычки, выращиваемые в летний период, достоверно уступали сверстникам весеннего по интенсивности роста во все оцениваемые периоды. Это прежде всего объясняется нами снижением аппетита и потребления корма за счёт регуляторных механизмов, которые направлены на уменьшение выделения тепла в результате метаболизма. Что ранее было продемонстрировано на тёлках абердин-ангусской породы в Австралии (Beatty DT et al., 2008). Одним из путей повышения потребления корма, а следовательно, и поступления питательных и минеральных веществ с рациона в жаркую погоду, ряд авторов считает применение системы кормления, включающей порционное скармливание рациона в ночное время (Gaughan JB et al., 1996).

Окислительный стресс является следствием дисбаланса между антиоксидантной и прооксидантной защитами организма и в конечном итоге приводит к повреждению клеток и тканей. Проведённая оценка антиоксидантной защиты организма по уровню активности ферментов каталазы и супероксиддисмутазы показала, что в летний период происходит их снижение, с одновременным увеличением маркера перекисного окисления липидов – малонового диальдегида. Это объясняется, тем, что высокие температуры в течение продолжительного времени приводят к истощению антиоксидантных систем защиты организма, вследствие чего возникает окислительный стресс, который сопровождается обвальным образованием активных форм кислорода, что и продемонстрировано в нашем эксперименте (Del Rio D et al., 2005; Puppel K et al, 2015).

Дальнейшим направлением наших исследований стало изучение элементного статуса бычков в зависимости от сезона года. Как показали результаты этого эксперимента, содержание бычков при высоких температурах окружающей среды способствует изменению элементного статуса, проявляющемся в снижении целого ряда важнейших химических элементов: Mg, P, K, Ca, Sr, Na, B, Mn, I при повышении Hg, V, Cr, Pb, As. Такое изменение элементного статуса бычков объяснимо как снижением потребления корма, так и тем, что в жаркую погоду организм запускает механизмы адаптации, направленные на снижение тепловой нагрузки, которые проявляются в учащённом дыхании, сердцебиении, потоотделении. И как следствие, необходимы повышенные нормы потребления ряда химических элементов, таких как электролиты K и Na, которые отвечают за поддержание водного баланса в клетках, регулируют работу сердца, ритм сердечных сокращений, работу Na/K-насоса, проведение нервных импульсов и другого (Wildman CD et al., 2007, Wang J et al., 2020). Проведённый нами эксперимент показал, что снижение ряда эссенциальных элементов сопряжено с увеличением уровня токсичных. По-видимому, имея один путь всасывания при снижении конкуренции со стороны эссенциальных элементов, происходит большее всасывание из рациона кормления токсичных элементов. Так, свинец поглощается кальбайндином – кальций-связывающим белком, который в норме отвечает за перенос кальция к базолатеральной мембране и депонируется, как и кальций, в костной ткани (Simons TJB, 1986; Patra RC et al., 2006).

Таким образом, проведённое нами исследование показало влияние сезона года на продуктивные качества и элементный статус бычков.

 

Заключение.

Высокая температура окружающей среды по сравнению с термонейтральной приводит к снижению живой массы бычков с рождения до 3 месяцев на 6,0 %, среднесуточных приростов – на 9,5 %, изменяя элементный профиль по14 химическим элементам: Mg, P, K, Ca, Sr, Na, B, Mn, I, Hg, V, Cr, Pb, As из 25 изучаемых.

Sobre autores

Alexey Frolov

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: forleh@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-4525-2554

Dr. Sci. (Biology)

Rússia, Orenburg

Oleg Zavyalov

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Email: oleg-zavyalov83@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-2033-3956

Dr. Sci. (Biology), Leading Researcher

Rússia, Orenburg

Bibliografia

Arquivos suplementares